Extração ultra-sónica para a produção de leghemoglobina

Uma forma mais limpa, mais rápida e mais escalável de desbloquear o “carnudo” molécula subjacente aos alimentos de origem vegetal: A leghemoglobina – a proteína que contém heme e que é responsável pelo aroma, cor e sabor da carne – A leghemoglobina tornou-se uma das biomoléculas mais valiosas na indústria alimentar à base de plantas. Tradicionalmente produzida através de fermentação ou de um complexo processamento a jusante, a extração de leghemoglobina continua a ser dispendiosa e difícil de escalar. O processamento baseado em ultra-sons muda completamente essa equação.
O processamento ultra-sônico permite a liberação eficiente, a dispersão e a estabilização de proteínas de hemoglobina de soja, oferecendo um caminho claro para a extração de leghemoglobina em escala industrial.

Porque é que a leghemoglobina é importante

A leghemoglobina é naturalmente abundante nos nódulos das raízes de soja e desempenha um papel biológico fundamental na regulação do oxigénio. Em aplicações alimentares, o seu grupo heme catalisa reacções de formação de sabor durante a cozedura, imitando de perto a carne animal. Os investigadores confirmaram que a leghemoglobina de soja mantém a ligação ao heme, a atividade da peroxidase e a digestibilidade, tornando-a um ingrediente alimentar viável e seguro.
O desafio nunca foi a funcionalidade – tem sido uma extração eficiente e um processamento escalável.
A extração ultra-sónica intensifica o rendimento da leghemoglobina, preserva a funcionalidade heme da leghemoglobina e pode ser escalada linearmente do laboratório para a produção industrial, tornando-a um método altamente eficiente e robusto para a produção de leghemoglobina para aplicações alimentares à base de plantas.

Extração de leghmoglobina a partir de bioreactores de soja ou E. coli

A leghemoglobina pode ser obtida de duas formas fundamentalmente diferentes, mas a produção industrial atual baseia-se na síntese microbiana e não na extração direta da soja. Embora a leghemoglobina ocorra naturalmente em concentrações elevadas nos nódulos da raiz da soja, a extração direta das plantas é impraticável à escala devido aos baixos rendimentos recuperáveis, à variabilidade agrícola e à complexa purificação a jusante. Por conseguinte, a leghemoglobina é predominantemente produzida por biossíntese em microrganismos artificiais, mais frequentemente Escherichia coli ou levedura, onde o gene da leghemoglobina da soja é introduzido e expresso em condições controladas de bioreactor. Estudos recentes demonstram que os sistemas baseados em E. coli, incluindo biorreactores celulares e sem células, podem produzir leghemoglobina de soja funcional com a sequência correta de aminoácidos, ligação ao heme e atividade enzimática, tornando a síntese microbiana a via industrial preferida.
Os extractores de ultra-sons são adequados para a extração de leghemoglobina de ambas as fontes – nódulos radiculares de soja e bioreactores de E.coli.

Como o ultrassom melhora a extração da leghemoglobina

O processamento ultrassónico funciona através da geração de cavitação acústica de alta intensidade em meios líquidos. Quando as bolhas microscópicas colapsam, produzem forças de cisalhamento localizadas que:

• Perturbar as estruturas das células vegetais e microbianas
• Libertação de proteínas intracelulares como a leghemoglobina
• Reduzir os agregados proteicos e melhorar a dispersão
• Acelerar a transferência de massa sem produtos químicos agressivos

Em sistemas laboratoriais controlados, já se demonstrou que a sonicação decompõe os agregados de hemoglobina e reduz o tamanho das partículas em ordens de grandeza, preservando simultaneamente a funcionalidade das proteínas.

Isto é particularmente importante para a leghemoglobina, onde a agregação e a dispersão desigual podem limitar o rendimento e a eficiência do processamento a jusante.

Do laboratório à fábrica: Escalabilidade Linear com Sonicadores Industriais

Uma das maiores vantagens dos ultra-sons é a escalabilidade linear. Ao contrário da homogeneização mecânica ou da moagem de grânulos, a entrada de energia ultra-sónica é dimensionada diretamente com o volume de processamento. Isto significa que os parâmetros optimizados na bancada - tais como a amplitude, a densidade de energia e o tempo de permanência - podem ser transferidos de forma fiável para a escala piloto e de produção.

Os sistemas de ultra-sons industriais da Hielscher Ultrasonics são especificamente concebidos para este fim. Os seus sonicadores de alta potência e de fluxo contínuo permitem:

• Extração em linha de lamas de soja
• Libertação reprodutível de proteínas à escala do quilograma e da tonelada
• Controlo preciso da entrada de energia (W/L)
• Funcionamento industrial 24/7 com materiais de qualidade alimentar

Estes sistemas permitem que os fabricantes passem sem problemas de R&D para a produção comercial sem reengenharia do processo.

Processamento mais limpo, melhor qualidade da proteína

Outra grande vantagem da extração por ultra-sons é a limpeza do processo. Os estudos indicam que os ultra-sons podem reduzir a dependência de solventes agressivos ou de um tratamento térmico excessivo, que podem danificar o grupo heme ou desnaturar as proteínas.

Quando a temperatura é devidamente controlada, a sonicação preserva:

• Integridade do heme
• Propriedades de ligação ao oxigénio
• Digestibilidade em condições gástricas simuladas

Este facto alinha-se bem com a procura da indústria de tecnologias de transformação sustentáveis e de rótulo limpo.

O que isto significa para os alimentos à base de plantas

À medida que a procura de carne à base de plantas continua a aumentar, os fabricantes estão à procura de formas de reduzir os custos e, ao mesmo tempo, melhorar a consistência do produto. A extração por ultra-sons oferece uma solução convincente:

• Maior rendimento das matérias-primas de soja
• Tempos de processamento mais curtos
• Aumento de escala previsível
• Menor complexidade operacional

Combinada com reactores ultra-sónicos de nível industrial da Hielscher Ultrasonics, a tecnologia proporciona um caminho direto para a produção comercialmente viável de leghemoglobina.

As provas científicas confirmam agora o que os engenheiros de processos há muito suspeitavam: os ultra-sons não são apenas uma ferramenta de laboratório – é um cavalo de batalha industrial. Para a extração de leghemoglobina dos grãos de soja, o processamento ultrassónico proporciona eficiência, escalabilidade e qualidade do produto numa única plataforma.

À medida que o sector alimentar à base de plantas continua a crescer, a extração ultra-sónica pode tornar-se a tecnologia de base que finalmente torna a produção de leghemoglobina mais rápida, mais limpa e economicamente sustentável.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.